實例分析CT飽和特性和解決方法

云南電網有限責任公司玉溪供電局 張驍 周洪勝 馮以帆 李瑞津 王文林

1 引言

事故起因是該地區一35kV JX 變電站的10kV 063 線路發生B、C 相相間短路故障，CT 飽和導致二次電流未能準確反映一次故障電流，未達到線路保護定值導致線路保護未動作，導致該變電站35kV #2 主變低后備保護裝置動作跳閘，同時閉鎖10kV 備自投裝置，造成10kV Ⅱ母失壓。

2 事件簡要經過

事故前運行方式：35kV JX變#1、#2主變運行狀態，10kV I、II 段母線分列運行。10kV I 母線出線共三回：10kV 062線（運行狀態），10kV 061線（運行狀態），10kV #1電容器組（運行狀態），保護功能均正常投入。10kV II 段母線出線共三回：10kV 064 線（運行狀態），10kV 063 線（運行狀態），10kV #2 電容器組（運行狀態），保護功能均正常投入。

事故后運行狀態：35kV #2 主變失壓，10kVⅡ段母線失壓，10kV 063 線、10kV 064 線、10kV #2電容器組失壓。

事件發生過程中保護動作報文：

2019-02-17 15：26：20 591ms 35kV #2 主變低后備保護裝置保護啟動；

2019-02-17 15：26：20 612ms 10kV 063 保護測控裝置保護啟動；

2019-02-17 15：26：20 828ms 35kV #2 主變低后備保護裝置復流I段T1動作；

2019-02-17 15：26：20 869ms 35kV #2 主變10kV側002斷路器分閘；

2019-02-17 15：26：20 888ms 35kV #2 主變35kV側302斷路器分閘。

直接原因：10kV 063 線路發生B、C 相間故障。

間接原因：10kV 063斷路器CT故障時過飽和，線路保護裝置過流Ⅰ段未動作（電流值未達到），過流Ⅲ段未動作（故障時間未達到），主變低后備越級跳閘。

對故障時刻波形及動作情況進行分析，故障時刻10kV 063保護裝置錄波如圖1所示。

圖1 故障時刻10kV063保護裝置錄波

2019-02-17 15：26：20 627ms，10kV 063出線間隔線路發生B、C相相間短路故障，最大短路電流15.66A（整定值：過流Ⅰ段17.4A、0s，過流Ⅲ段6.8A、0.4s），故障時063 斷路器CT 出現嚴重飽和，二次電流波形出現嚴重畸變，導致保護裝置無法正常采集二次電流，063 斷路器保護測控裝置采集到的二次故障電流未達到過流I 段保護整定值，故過流I 段保護未動作，063 斷路器保護裝置過流Ⅲ段保護動作時限整定為400ms，于故障后226ms，由#2 主變低后備保護先于過流Ⅲ段動作切除故障，故過流Ⅲ段未動作。

主變低后備保護動作情況：

2019-02-17 15：26：20 591ms，保護啟動；

2019-02-17 15：26：20 828ms，復流Ⅰ段T1動作出口同時跳002、302、012（故障時刻處于熱備用狀態）斷路器，同時出口閉鎖10kV備自投。

最大故障電流（CT 變比：400/5）：二次電流16.96A，一次電流1356.8A。35kV#2 主變低后備保護裝置錄波如圖2所示。

圖2 35kV#2主變低后備保護裝置錄波

從故障錄波記錄可以看出2019-02-17 15:26:20 096ms，35kV#2 主變低后備保護啟動，2019-02-17 15:26:20 325ms 動作出口，跳開002、302斷路器（#2 主變低后備保護裝置整定復流Ⅰ段1 時限跳高側、低側、分段斷路器），同時閉鎖10kV備自投裝置，切除故障。

3 CT飽和的分析

3.1 CT飽和的分類

CT飽和分為暫態飽和和穩態飽和，暫態飽和一般由于CT剩磁或者衰減的直流分量引起，在暫態分量逐漸衰減后，飽和逐漸消失，CT穩態飽和多由于CT選型不準和短路電流過大導致，本案例中063斷路器CT保護繞組變比僅為100/5，故障時短路電流過大，因此產生了穩態飽和。

3.2 CT飽和時電流的分析

CT中一次、二次電流有如下關系：

式中：I1為一次側電流；I2為二次側電流；Im為勵磁電流；k為CT變比。

由（1）式可以看出，勵磁電流Im越小，CT 誤差越小。當CT 未飽和時，勵磁電阻兩端電壓增大時，勵磁電流變化較小，當達到飽和點后，隨著一次電流增大CT勵磁電流迅速增大，而二次電流I2和一次電流I1不再是線性關系，當發生嚴重飽和時，二次電流變化很小，可以近似認為二次電流不再變化。35kV JX 變063 間隔線路短路電流一次值達到1356.8A 以上，CT 變比為100/5，二次電流應大于67.84A，但是實際063 斷路器CT 二次電流增加到15.66A即發生了嚴重飽和，勵磁電流迅速增大，二次電流幾乎不再繼續增加[1]。

3.3 CT飽和時的波形分析

063斷路器CT飽和時的波形如圖3所示。

圖3 063斷路器CT飽和時的波形

穩態CT飽和時二次電流波形殘缺，含有大量的高次諧波，其中諧波次數均不大于10次。

3.4 CT拐點電壓

通過35kV JX 變063 斷路器CT 保護繞組勵磁特性試驗得到以下數據。063 斷路器CT(1S1-1S2)繞組勵磁特性試驗數據見表1。

表1 063斷路器CT(1S1-1S2)繞組勵磁特性試驗數據

063 斷路器CT(1S1-1S2)繞組拐點電壓和電流見表2。

表2 063斷路器CT(1S1-1S2)繞組拐點電壓和電流

063 斷路器CT(1S1-1S3)繞組勵磁特性試驗數據見表3。

表3 063斷路器CT(1S1-1S3)繞組勵磁特性試驗數據

063 斷路器CT(1S1-1S3)繞組拐點電壓和電流見表4。

表4 063斷路器CT(1S1-1S3)繞組拐點電壓和電流

CT勵磁特性曲線如圖4所示。

圖4 CT勵磁特性曲線

由圖4 可以看出，在拐點電壓以前，當電壓升高時，勵磁電流變化很小。當電壓超過拐點電壓時，隨著電壓升高，勵磁電流變化很大。當其他條件相同時，變比越大，拐點打壓越大。所以，由此可以判斷，拐點電壓為CT 飽和的臨界電壓值。

4 改進措施與建議

根據35kV JX 變由于故障時CT 飽和導致越級跳閘，主變非計劃停運的事件，提出以下幾點建議。

4.1 更換CT

一是在CT采購招標階段，優先考慮選用具有高磁導率的鐵芯材料，相同變比的情況下優先考慮選用鐵芯截面積較大的CT。

二是從容量方面考慮，選用容量大的CT,提高CT帶負載的能力。

三是從二次電流方面考慮，優先選用二次側額定電流為1A 的CT，條件相同時，等效于二次負載降低25倍。

四是從接線形式方面考慮，優先選用全星型的接線方式，其他條件相同時，二次負載相當于角型接線的三分之一。

五是將兩個相同型號、伏安特性相同、變比相同的CT 串聯使用，可以有效減少每個CT 的負載。

4.2 不換CT的情況

一是選用變比較高的CT線圈，35kV JX變063斷路器CT 保護變比為100/5，接的是1S1 和1S2 兩個繞組抽頭，可以改為接使用1S1 和1S3 兩個繞組抽頭，變比為200/5，不但可以使二次側的故障電流縮小至原故障電流的二分之一，還有效可以降低二次側的負載。

二是使用橫截面積更大的二次電纜芯線，或者是多根電纜芯線并聯使用；使用導電率高的電纜，并且降低電纜連接處的電阻；緊固端子，可以減小接觸電阻，從而減小二次負載的電阻[2]。